柴油發動機常見故障診斷及維修技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司，江西貴溪 335424)

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柴油發動機常見故障診斷及維修技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司，江西貴溪 335424)

在研究柴油發動機設計原理的前提下，分析其常見故障現象及影響主因，從實用角度出發，針對其常見故障診斷及維修技術進行深入的研究，找到發動機常見故障部位和原因，提出有效的預防措施，可避免重大人身設備事故的發生，減少不必要的損失，具有一定的推廣應用價值。

柴油發動機；故障率；診斷維修技術

0 引言

柴油發動機是機械設備的“心臟”。隨著現代工業化水平的迅猛發展，作為一種往復動力機械，柴油機熱效率最高、功率最大、能量利用率最高、燃油經濟性最好，故應用極其廣泛。它在節能與CO2排放方面的優勢，特別是車用動力方面的優勢最明顯，包括汽油機在內的所有熱力發動機皆難以企及，如先進的小型高速柴油發動機已成為“綠色發動機”。隨著柴油發動機結構設計日趨復雜，零件多，工作條件、環境狀況不同，工況惡劣且頻繁變化，導致運行中故障率高、檢測診斷不便且難排除，易發生機械故障，輕則造成基礎件損壞，重則導致重大機械事故，維修成本高，停機損失大。

柴油機故障診斷維修技術是集機電、計算機、信號處理、經濟學等多門學科于一體的交叉學科。它研究的是機器運行狀態的變化在診斷信息中的反映，研究的內容包括機器運行現狀的識別診斷和對其運行過程的檢測，可根據其運行狀態異常或故障的早期征兆，迅速做出正確判斷，果斷采取措施，消除故障隱患；對已發生故障，應掌握故障過程的完整數據和信息，以便事后診斷和剖析故障原因，縮短維修時間和費用，提高設備利用率，避免同類故障的再次發生，對確保設備處于最佳運行狀態、提高設備檢修質量和效益意義重大。

1 柴油機設計原理

柴油發動機也稱狄塞爾引擎，屬于壓縮點火式發動機，熱效率達55%左右。它利用柴油在氣缸內部燃燒產生的高溫、高壓燃氣在氣缸中膨脹做功，使熱能轉換為機械能，其工作過程與汽油發動機類似，每個工作循環也經歷進氣、壓縮、做功、排氣4大行程。按用途不同，它可劃分為汽車、機車、農機、船用、發電、工程機械、礦山機械等用途的柴油機等。其主要由機體組、曲柄連桿機構、配氣機構、進排氣系統、潤滑系統、冷卻系統及其他輔助系統等部分組成[1]。為在性能和排放限值方面取得較好成效，滿足歐Ⅲ排放限值法規的要求，國外柴油機采用共軌新技術、四氣門技術、高壓噴射和電噴技術、渦輪增壓中冷技術、排氣再循環技術EGR及后處理技術，柴油機最大技術“瓶頸”煙度和噪聲取得重大突破，達到汽油機水平，且正朝著大型化、復雜化、重載化、高速化、自動化及大功率等方向發展，其運行狀態的好壞直接影響成套設備的工作狀態。

柴油機燃燒室設計種類繁多且十分考究，目前按燃燒室形式可分為直噴式和分隔式，設計變形達上百種。除了轎車使用直噴式柴油機較少外，其他用途的柴油機已基本直噴化，并成為柴油機的發展趨勢，它是最簡單實用的節能途徑，燃油消耗比渦流式降低5%～15%，如直噴式農用卡車占據80%以上，世界上最先進的德國奔馳MTU2000/4000系列、美國康明斯QSK50/60型發動機等。直噴式可分為開式即淺坑型、ω形(空間燃燒)等和半開式即球型(油膜燃燒)、U型(復合型)等；分隔式分為渦流式和預燃式。而現代燃燒室則根據結構對渦流的影響，分為強流反射式RGB和阻尼式(花瓣式SH或多角式)，與花瓣形接近的四角形、八角形、六花瓣形。隨著社會對煙氣排放的環保要求越來越苛刻，四角型、梅花型、縮口ω型、RGB型等新型直噴燃燒室應運而生；但最具代表意義的為深坑型(ω為代表)、花瓣型、中凸縮口型(RGB為代表)。花瓣型柴油機沿燃燒室四周設計成4個花瓣，燃燒較四角方型更柔和，更有利于空氣形成渦流，使噴油器噴出的柴油霧能與空氣良好混合，如玉柴6105QC型柴油機，RGB燃燒室的匹配性能和綜合指標良好，它代表了直噴式的最新成就，極有發展前途，而梅花型則不適合低速大扭矩的拖拉機用途[2]。

球型燃燒室又稱為曼(MAN)燃燒室，其活塞頂上凹坑設計呈大半個球形。為使空氣渦流強烈，氣缸蓋上設有螺旋形進氣道，生產工藝繁雜，對鑄件形狀、尺寸要求嚴格，如150、90系列柴油機，其對柴油適應性強，工作柔和，噪聲小，較省油，但加速、冷起動性能較差。ω形燃燒室活塞頂上凹坑設計呈ω型，主要用于要求不高的船用、農用柴油機，如國產135系列柴油機、日本五十鈴等。其設計結構簡單、易起動、熱損耗小、較省油，但要求供油裝置精度高，工作較粗暴，若柴油中含雜質，易堵塞噴孔，影響發動機正常工作。U形燃燒室介于球型、ω型之間，活塞頂上凹坑設計呈U型，如國產120、105系列柴油機；發動機高轉速時，進氣渦流較強，柴油噴入后大多被甩至內壁上形成油膜，具有球形燃燒室工作柔和、較省油等優點；發動機啟動或低轉速時，進氣渦流較弱，柴油噴入后在坑中蒸發、燃燒，具有ω形燃燒室易起動、低速性能好等優點，但因其對供油規律性、氣道流動性太敏感，在高速柴油發動機或強化機型上應用極少。

分隔式燃燒室設有主、副燃燒室(渦流室或預燃室)。缸蓋底平面與活塞頂之間形成主燃燒室，渦流室設在氣缸蓋上，設計呈球形或鐘罩形，約占總壓縮容積的70%，主、副燃燒室由一至幾個孔道連接。壓縮行程終了，渦流室內的氣流強烈，噴入部分柴油先燃燒，使溫度和壓力陡升，迫使未然油氣一并沖入主燃燒室，產生第二次渦流，與該處空氣充分混合燃燒。渦流室對工藝材料要求不高、噴射壓力低，可使用大孔徑軸斜式噴油器，如新195系列、4115T、4125A型柴油機等。渦流室可促進形成混合氣，燃燒較完全，工作性能較穩定、柔和，排放有害氣體少，使小型發動機擁有更高的轉速和轉矩，故在國內農業機械和汽車上應用極廣。

預燃室呈圓筒型且采用耐熱鋼制作，設于氣缸蓋內，約占燃燒室容積的30%～40%，底部設有小通道與主燃燒室相連，如4146型柴油機。噴油器將柴油噴至燃燒室喉口，迎著壓縮行程沖入的氣流，對柴油霧化和燃燒極為有利。部分柴油先被壓燃，使預燃室壓力驟升，與未然油氣一起沖入主燃燒室繼續燃燒。它對轉速與負荷變化的適應性強，工作較柔和、平穩，但起動性能差、熱效率低、油耗大，適用于中小型功率柴油發動機[3]。

2 常見故障現象及影響主因分析

柴油發動機故障種類繁多且千奇百怪、變幻莫測，且常伴有多種異常現象，如溫度異常，機油、冷卻水、排氣等溫度過高，軸承過熱等；外觀異常，如排黑煙、白煙、藍煙及不排煙等，看煙色的輕重有無斷續感，各系統漏油、漏水、漏氣等；運轉異常，如柴油機起動困難，工作時功率不足、轉速不穩定、強烈振動等；壓力異常，如機油、冷卻水及燃油壓力過低，壓縮壓力下降等；聲音異常，如異常的排氣聲、敲擊聲、碰撞聲、放炮聲、吹噓聲及周期性的摩擦聲；氣味異常，如散發出難聞的焦臭味或煙味[4]。

柴油機故障影響主因通常有：違規操作，操作習慣錯誤，或各部件裝配與調整不當，破壞其正常工作條件，造成零部件損壞；零部件加工不良，不符合設計要求，裝配未經嚴格檢查錯裝上機，工作過程中無法承受工作負荷作用，導致零部件損壞；維修保養不及時、不正確、不到位，排查、清洗工作有死角，零件易污堵、積炭、嚴重磨損或失效等，破壞其正常工作條件，引發故障。

3 常見故障診斷及維修技術研究

柴油機狀態監測和故障診斷技術手段和方法眾多，應遵循“由外后內、由表及里、由簡至繁、按系分段”原則，采用直觀診斷、潤滑油液分析、振動噪聲或熱力性能參數監測、基于神經網絡或專家系統的智能化診斷方法等，對疑難故障則采用部分停止法、比較法、試探法、異響判別法等進行綜合分析，以便及時準確地找出故障部位。

3.1 柴油機功率不足

(1)進排氣系統故障。氣缸漏氣時，使壓縮壓力變低，應修檢或更換排氣門、氣缸墊、活塞環等密封件；空氣濾清器污堵時，需清洗或更換新備件；增壓器污堵或配合不當導致進氣壓力變低時，需清理或修檢增壓器；配氣定時不準時，要重新調試；進、排氣道污堵時，應及時清洗及疏通。

(2)燃油供給系統故障。噴油器堵塞造成霧化不良時，應清洗或更換噴油器；噴油泵偶件磨損嚴重時，需更換新的備件，再進行調試；噴油泵定位鉛封遭到破壞，導致加油量不足時，必須重新進行調試、鉛封，加足油；供油定時不對時，應重新校正供油定時；燃油濾清器污堵時，需清洗濾清器；燃油管路受阻、油管漏氣時，應疏通油路、檢修管路；燃油品質較差或油中含水時，需更換合格燃油或排除油箱中的水。

(3)冷卻系統故障。增壓器空氣阻力太大時，冷卻不足，應清洗中冷器，且排查中冷水泵是否故障。

3.2 起動困難或無法起動

(1)進排氣系統故障。空氣濾清器污堵時，應立即進行清理、疏通；進氣門、排氣門或活塞環處漏氣時，引起壓縮壓力不足，需修研進、排氣門，更換活塞環或氣缸墊；配氣定時不對時，需重新調整配氣定時；排氣管道堵塞、防爆裝置碟門關閉時，必須清洗進氣管道，打開防爆裝置碟門。

(2)起動系統故障。氣起動馬達與飛輪齒圈嚙合不良時，應重新調整安裝位置，保證正常嚙合；氣起動馬達損壞時，需修理或更換；氣源壓力不足時，需充氣至規定壓力；起動管子漏氣時，要及時排除；繼電器打不開時，應拆檢且保證滑動面上潤滑良好。

(3)燃油供給系統故障。供油器污堵或損壞，燃油濾清器堵塞或其旋閥未打開時，需清洗或更換新備件，將旋閥打開；供油提前角不對時，應校正供油提前角；燃油節流閥未打開時，需打開；油箱油位過低時，需補足油；系統內混入空氣時，應及時除氣；燃油品質不符合要求如含水時，應更換規定牌號燃油，清除燃油箱內的積水。

(4)潤滑系統故障。油控閥失靈時，應立即檢修油控閥，或調整預供油壓力；氣動預供泵供油壓力不足時，需控制氣源壓力或排查預供油泵是否故障。

(5)使用維修保養不當。柴油機機身溫度過低時，需用熱水對其進行暖機、加溫機油；長時期怠速運轉時，應清洗噴油器，清除柴油機內積炭，使發動機返老還童。

3.3 機油壓力低

(1)潤滑系統故障。油底殼缺機油或油量不足時，應添加至規定油量；機油泵損壞時，必須立即進行維修或更換；調壓閥壓力調節不當時，需重新調整至規定壓力；潤滑系統漏油時，應進行檢修或更換部件；油壓表損壞時，導致指示錯誤，需更換油壓表；使用機油稀釋或牌號不符合規定時，應更換合格機油或符合規定牌號的機油。

(2)冷卻系統故障。機油冷卻器冷卻效果差，應排除冷卻系統故障；機油冷卻器堵塞或油面過高時，需清洗機油冷卻器，放出多余機油，保持油面的規定高度。

(3)使用維修保養不當。軸承磨損嚴重時，會導致軸承失效、間隙增大，必須立即組織大修，更換新軸承。

3.4 機油油溫過高或液面升高、稀釋

(1)潤滑系統故障。油溫表損壞，導致指示值不正確時，要更換油溫表；缺機油或油面不足時，應添加機油至規定值；機油泵損壞時，則需維修或更換新機油泵。

(2)冷卻系統故障。冷卻液不足或水溫過高時，需補足冷卻液或排除相關故障；機油冷卻器堵塞時，應清洗冷卻器。

(3)使用維修保養不當。軸承燒壞時，需更換新軸承；活塞環磨損嚴重或卡住時，造成氣缸嚴重漏氣，應更換新活塞環。

(4)冷卻液漏入機油內。機油冷卻器芯子漏水時，應及時檢修或更換芯子；氣缸套封水圈漏水時，必須更換漏水圈。氣缸蓋噴油器套漏水時，應更換護套封圈；水泵封水圈漏水時，則應更換封水圈。

(5)燃油供給系統故障。柴油漏入機油，噴油器霧化不良時，需修研或更換噴油器；噴油器接頭處漏油時，應檢修或更換噴油器；輸油泵漏油時，則更換油泵密封。

3.5 冷卻水溫過高

(1)冷卻系統故障。冷卻液不足時，需加足冷卻液；散熱水箱或冷卻管路堵塞時，需清洗各部件；水溫表損壞時，導致指示錯誤，要更換水溫表；風扇皮帶松動時，需調整張緊輪；水泵損壞時，應更換新泵。

(2)使用維修保養不當。產生嚴重“拉缸”現象時，需更換氣缸套和活塞；柴油機過載時，則應降負荷運行。

3.6 排氣溫度過高

(1)燃油供給系統故障。噴油提前角過遲時，應重新調整噴油提前角；噴油器滴油或漏油時，需修理或更換噴油器；燃油品質不合格時，則更換符合要求的柴油。

(2)進氣系統故障。空氣濾清器堵塞時，需清洗、疏通空氣濾清器；進氣道堵塞時，必須進行排查，并清洗進氣道。

(3)使用維修保養不當。超負荷運行時，需降低負荷；氣門間隙不正確時，應重新調整；高原地區氣壓低，使用時應限制油門。

3.7 運轉不均勻

噴油器滴油或漏油時，需及時修研或更換新噴油器；各噴油器彈簧壓力不一致時，應重新進行調整，直至彈簧壓力一致；出油閥門彈簧斷裂或故障時，必須立即檢修、更換彈簧或出油閥；噴油泵中或燃油管路中混入空氣時，應及時排出空氣；調速器工作不正常或因調速器調速不當引起游車時，需檢修調速器；噴油泵柱塞彈簧彈力不足或柱塞卡住時，要調整彈簧或柱塞偶件。

3.8 增壓器故障

(1)增壓壓力低。空氣濾清器堵塞時，應清理濾清器；增壓器入口空氣溫度高、環境溫度高時，應限油門；渦輪排氣壓力過大、壓氣機葉輪或擴壓器臟污時，需拆檢清洗。

(2)增壓器超速。渦輪排氣溫度過高時，需調整柴油機的工況；噴油環、渦輪葉片積炭時，應拆檢并清洗；噴油環銷釘斷、流通面積過小時，應重新調整并緊固；柴油機超速運轉時，需停車排查原因；環境氣壓低時，如高原地區應限油門、限功率運轉。

(3)回油溫度過高。渦輪氣封漏氣或增壓器軸承損壞時，需拆檢更換氣封或軸承。

(4)壓力機喘振。壓力機或渦輪流道堵塞、中冷器及進氣管臟污時，應及時拆檢且清洗；柴油機負荷波動太大或緊急停車時，則應減小負荷運行。

(5)增壓器有碰撞聲或強烈振動。轉子油封與固定件、壓氣機葉輪或渦輪與罩殼或氣封碰擦時，應拆檢調整間隙；軸承磨損過大、渦輪葉片或氣壓機葉輪損壞時，需拆檢配換有關零件；增壓器軸承燒損或出口壓力驟降時，則應停車排查及更換有關零件。

3.9 飛車

噴油泵齒條、拉桿螺釘松動或銷子脫落時，需重新調整緊固；調速器飛鐵脫落時，應檢查修復；限位螺釘位置變動時，需重新調整。齒條被卡死，拉桿、滾輪銷軸及橫軸犯卡或控制拉桿產生彎曲時，柴油機控制拉桿無法回移，則應檢修有關零部件[5]。

3.10 突然停車

(1)燃油供給系統故障。噴油泵或調速器彈簧斷裂時，需更換彈簧；噴油泵柱塞卡死時，應拆檢清洗柱塞偶件；管路堵塞時，應疏通管路；燃油混入水時，需排查原因、更換燃油；燃油耗盡時，需加足燃油。

(2)潤滑系統故障。潤滑油壓力過低時，應排查原因，及時排除；油壓低、自動停車裝置失靈時，需立即進行檢修且更換。

(3)使用維修保養不當。活塞嚴重咬缸時，需更換活塞和零部件；連桿軸瓦、主軸瓦燒損，定時齒輪或噴油泵定時機構損壞時，應拆檢和更換損壞的零部件。

3.11 呼吸器處異常排氣

軸瓦燒損或增壓器氣封損壞時，應及時檢修、更換軸瓦或氣封圈；活塞與氣缸套磨損嚴重、拉傷或燒損時，需立即檢修活塞與氣缸套；活塞環磨損嚴重或折斷時，必須更換活塞環；活塞環重環時，要重新調好活塞環；噴油器漏油時，應重新緊固。

3.12 異常排煙

(1)排黑煙：①進排氣系統故障。進氣道、空氣濾清器受阻時，應清洗進氣通道和空氣濾清器；渦輪增壓器或中冷器臟污時，應清洗渦輪增壓器或中冷器；排氣背壓高時，需清洗排氣管，檢查消聲器。②燃油供給系統故障。進油管污堵時，需清洗進油管；噴油器孔堵塞、霧化不良時，應清洗噴油器且作調整試驗；噴油泵個別油量齒圈松動、油量過多時，需調整油量且緊固；燃油品質差時，需更換合格燃油。③使用維修保養不當。柴油機過載時，應降低負荷；長時間怠速運轉時，應縮短怠速時間；噴油提前角過遲時，需重新調整；氣門間隙不對、密封不良時，應檢查校正氣門間隙消除缺陷。

(2)排白煙。中冷器漏水混入氣缸時，應立即檢修中冷器；冷卻水溫過低時，需暖機后再加負荷；燃油中含水時，必須排除燃油中積水，或重新更換合格的燃油。

(3)排藍煙。機油壓力或液面過高時，應降低機油壓力或放掉多余機油；活塞環嚴重磨損或斷裂、活塞或氣缸套嚴重磨損或刮傷或增壓器油封漏油時，需檢修或更換新備件；活塞環重環時，應重新調換位置。

3.13 振動過大

扭轉減震器失靈時，需立即進行檢修或更換減震器；柴油機與被驅動件未對準時，應重新調整安裝位置；安裝螺栓松動時，應重新緊固；柴油機安裝底盤剛性太差時，要加固底盤；飛輪不平衡或松動時，應重新進行調整和緊固；各軸承間隙磨損過大，曲軸或主軸承蓋斷裂時，必須進行大修。

3.14 異常聲響

(1)燃燒過程敲擊聲。供油提前角過早、噴油壓力過大時，需重新調試；發動機過載時，應降低負荷；噴油器和氣門不正時，應重新調整；冷卻液溫度過低時，需提高冷卻水溫度；進油管漏氣時，需排查且更換進油管；燃油品質不好時，應更換合格燃油。

(2)機械敲擊聲。進排氣門間隙過大時，應重新檢查和調整氣門間隙；活塞與氣缸套間隙過大時，需配換備件；活塞環嚴重磨損或折斷時，應更換備件；主軸承、連桿軸承及襯套等間隙過大時，需排查且更換備件；活塞與氣門碰撞時，應檢查氣門間隙；有機械物落入氣缸內時，需排出機械物。

(3)齒輪噪聲。齒輪齒隙過大時，應調整齒輪嚙合間隙；齒輪傳動中發生斷齒時，需更換齒輪；固定螺栓松動時，需重新緊固；軸承間隙過大時，必須更換軸承。

4 結束語

針對柴油發動機常見故障診斷及維修技術的研究，能以最小的勞動消耗和代價，及時、準確、可靠、客觀地評價柴油發動機及其技術狀況，并采取有效的措施，大幅提高其運行時的安全可靠性、穩定性、可用性、可維修性及經濟環保性，減少不必要的故障損失，降本增效，預防突發事故，且唯有在診斷中不斷實踐、不斷總結和積累經驗，方能做到得心應手、運用自如。

【1】張偉旗.大型礦山電動輪汽車發動機自主研發及關鍵技術研究[J].有色設備,2014(6)：17-21.

ZHANG W Q.The Independent Development and Key Technology Research of Electric Wheel Car Engine of Large Mining[J].Non-ferrous Metallurgical Equipment,2014(6)：17-21.

【2】王素英,程鐵仕.直噴式柴油機燃燒室的發展與應用[J].柴油機,2001，23(1)：24-28,33.

WANG S Y,CHENG T S.Evolution and Application of the Combustor for Dl-Diesel Engines[J].Diesel Engine,2001，23(1)：24-28,33.

【3】肖鵬,王海軍.柴油機燃燒室形狀的發展歷程[J].汽車零部件,2013(11)：73-76.

XIAO P,WANG H J.Development of Diesel Engine Combustion Chamber Shape[J].Automobile Parts,2013(11)：73-76.

【4】張偉旗.礦用汽車發動機故障診斷與維修關鍵技術研究[J].重型汽車,2015(3)：42-44.

【5】龍澤剛.柴油機飛車故障的原因分析及處理[J].內燃機,2005(5)：52-54.

LONG Z G.Reasons Analysis and Handling of Runaway in Diesel Engines[J].Internal Combustion Engines,2005(5)：52-54.

The Common Fault Diagnosis and Maintenance Technology for Diesel Engine

ZHANG Weiqi

(Copper Co.，Ltd of Jiangxi Copper Corporation，Guixi Jiangxi 335424，China)

On the premise of studying main design principle of diesel engine, the common fault phenomena and their influence main reasons were analyzed. From a practical perspective, the common failure diagnosis and maintenance technologies were studied in-depth, the common failure positions and causes were found,and effective prevention measures were put forward.So major personal equipment accident can be avoided, unnecessary loss can be reduced.The research has a certain application value.

Diesel engine；Failure rate；Diagnosis maintenance technology

2016-04-06

張偉旗(1965—)，男，工學學士，高級工程師，主要研究方向為礦山機械、銅加工、有色冶金、機電設備工程、教育教學研究。E-mail:Zhangwq678@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.017

U464.9

B

1674-1986(2016)09-073-04